توربین گاز

توربین گاز

ملکرد اساسی توربین گاز مشابه توربین بخار است، به جز این که در آن از هوا به جای بخار آب استفاده می شود. هوای تازه ی جو به درون یک کمپرسور وارد و در آن جا توسّط کمپرسور تا فشار بالا متراکم می شود.سپس با تزریق سوخت به درون هوا، انرژی وارد توربین شده وسوخت مشتعل می گردد.

احتراق سوخت باعث تولید جریانی با درجه حرارت زیاد می شود. گازهای دارای درجه ی حرارت و فشار بالا وارد توربین شده و تا فشار خروجی منبسط می شوند و در این فرایند کار تولید می گردد. کار محور توربین برای چرخاندن کمپرسور یا دیگر وسایل از قبیل مولّد برق که می تواند به محور جفت شده باشد استفاده می شود. آن بخش از انرژی که برای کار محور دستگاه استفاده نشده است، در حالی که دارای درجه ی حرارت و سرعت زیاد هستند همراه با گاز های خروجی از توربین خارج می شود. طرّاحی توربین گاز با توجّه به اهداف صورت می گیرد به گونه ای که انرژی تولیدی مورد نظر به حدّاکثر مقدار خود برسد.  

توجّه داشته باشید که چون احتراق سوخت نیازمند اکسیژن هوا می باشد، گازهای خروجی نمی توانند مانند آب موجود در چرخه ی نیروگاه های بخار مجدّداً به سیکل بازگردند.

در مواقعی که مقدار زیادی  نیرو لازم بوده و فضای کم موجود باشد، غالباً توربین گاز یک وسیله ی تولید نیرو است. مثال هایی از این کاربردها عبارت اند از: موتور های جت، موتورهای توربوجت، نیروگاه های فلات قاره، موتورهای کشتی، موتورهای هلیکوپتر، نیروگاه های کوچک محلّی، یا مولّدهای کمکی نیرو در حدّاکثر مصرف نیروگاه های بزرگتر. چون درجه حرارت گازهای خروجی از توربین گاز نسبتاً بالاست، می توان از این گازها قبل از تخلیه به جو، برای گرم کردن آب مورد استفاده در نیروگاه بخار سود جست.

در مورد کاربردهای موتورهای جت و موتورهای توربوجت که قبلاً ذکر شد، بخشی از توان تولیدی برای تخلیه ی گازها با سرعت زیاد استفاده می شود. این گازها تولید نیروی محوری کرده و موجب حرکت هواپیما با سرعت به جلو می شوند. بنابراین طرح توربین گازی برای چنین کاربردهایی متفاوت با طرح آن برای یک نیروگاه ثابت است. در نیروگاه ثابت انرژی به صورت کار محور به یک مولّد برق انتقال می یابد. یک نمونه از موتورهای توربوجت مورد استفاده در هواپیماهای تجاری در تصویر ۳ نشان داده شده است. فن دهانه ی ورودی هوا را به درون موتور می راند و بدین وسیله ضمن سرد کردن موتور، باعث تولید نیروی پیش برنده ی اضافی نیز می شود.

سیکل توربینهای گازی: 

سیکل ترمودینامیکی توربین های گازی سیکل استاندارد هوایی یا برایتون می باشد که در حالت ایده ال مطابق شکل زیر شامل دو فرایند ایزنتروپیک در کمپرسور و توربین و دو فرایند ایزو بار در محفظه احتراق و دفع گازها می باشد.

سیکلهای توربین های گازی در دونوع باز و بسته می باشند. در سیکل باز (شکل فوق) گازهای خروجی از توربین به درون اتمسفر تخلیه می شوند که این سیکل بیشتر در موتورهای هواپیما مورد استفاده قرار می گیرد. در نوع بسته که عمدتاً در نیرو گاه های برق مورد استفاده قرار می گیرد، گازهای خروجی از توربین ( مرحله 4) از درون بخش دفع گرما (cooler ) عبور کرده و بعد از خنک شدن مجددا وارد کمپرسور گردیده و سیکل تکرار می شود . 
توربین های گازی از نظر کاربردی به دو گروه صنعتی و هوایی تقسیم می شوند که نوع اول در صنعت و نوع دوم در هوانوردی مورد استفاده قرار می گیریند.

منابع:

مبانی ترمودینامیک، زونتاگ، بورگناک، ون وایلن، انتشارات آذرجم